JP2005339654A - Optical head device - Google Patents

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Hiroyoshi Funato
広義 船戸
Hiroyuki Sugimoto
浩之 杉本
Kazuya Miyagaki
一也 宮垣
Masanori Kobayashi
正典 小林
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical head device which allows recording and reproducing speeds to be increased without enlarging the device even when diffraction efficiency, especially, a diffraction rate of 1st-order diffracted light in one side is improved to shorten a wavelength of a light source. <P>SOLUTION: A polymer dispersed liquid crystal type polarization selective hologram element 100 forms a periodical phase separation structure of a layer mainly consisting of a polymer and a layer mainly consisting of a non-polymerizable liquid crystal by holding a composition comprising at least: a non-polymerizable liquid crystal 102 having dielectric anisotropy; a polymerizable monomer 103 or a prepolymer; and a photopolymerization initiator between a pair of transparent substrates 101 and by subjecting this composition to two-beam interference exposure. The hologram element 100 is used as a hologram element for use in an optical head, and a direction of polarization of light impinging on the hologram element 100 from the light source (an oscillation direction of an electric field) is set approximately in parallel with a recording medium track direction. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光ヘッド装置に関し、さらに詳しくは、CD、DVD、DVD+Blue等の、使用する波長の異なる複数規格の光ディスクを対象として記録再生する際に用いられる光ディスクドライブ装置における光ピックアップおよびホログラム素子に関する。   The present invention relates to an optical head device, and more particularly to an optical pickup and a hologram element in an optical disc drive device used when recording / reproducing a plurality of standard optical discs having different wavelengths to be used, such as CD, DVD, DVD + Blue. .

周知のように、光源としてレーザー光を用いる光学素子の一つに光ディスクドライブ装置に用いられる光ヘッドがあり、光ヘッドに用いられる構成の一つとして偏光分離素子を用いた構成がある(例えば、特許文献1)。   As is well known, one of optical elements that use laser light as a light source is an optical head that is used in an optical disk drive device, and one configuration that is used in an optical head is a configuration that uses a polarization separation element (for example, Patent Document 1).

上記特許文献1には、透明基板上に矩形凹凸形状をもつ複屈折(光学異方性)を示す媒体が配置され、その上に光学的に等方性を示す媒体が充填され、その上を透明基板で覆われている偏光性回折格子を用いた構成が示されている。
この構成においては、等方性媒体の屈折率を複屈折媒体の常光屈折率、または異常光屈折率のいずれかと等しくすることにより、偏光性(光学異方性)を示す回折格子が得られる。この偏光分離素子を光路中に配置して往路透過、復路回折の機能を持たせるようになっている。
In the above-mentioned Patent Document 1, a medium having birefringence (optical anisotropy) having a rectangular uneven shape is disposed on a transparent substrate, and an optically isotropic medium is filled on the medium. A configuration using a polarizing diffraction grating covered with a transparent substrate is shown.
In this configuration, by making the refractive index of the isotropic medium equal to either the ordinary refractive index or the extraordinary refractive index of the birefringent medium, a diffraction grating exhibiting polarization (optical anisotropy) can be obtained. This polarization separation element is arranged in the optical path so as to have functions of forward transmission and backward diffraction.

特開平10−302291号公報(段落「0042」欄)JP-A-10-302291 (paragraph "0042" column)

図15は、従来の光ヘッド装置の模式図であり、同図において光源となる半導体レーザ8からの照射光は図2に構成が示されている偏光性回折格子7を透過すると、コリメータレンズ10および1/4波長板11および対物レンズ12を介して光記媒体13の記録面で反射し、反射光が1/4波長板により振動方向を出射時と直交する方向に変換された上で偏光性回折格子7において回折光とされて光検出器9により検出される。   FIG. 15 is a schematic diagram of a conventional optical head device. When the irradiation light from the semiconductor laser 8 serving as the light source in FIG. 15 passes through the polarizing diffraction grating 7 whose structure is shown in FIG. Then, the light is reflected on the recording surface of the optical recording medium 13 via the quarter-wave plate 11 and the objective lens 12, and the reflected light is polarized after the vibration direction is converted by the quarter-wave plate into a direction orthogonal to the outgoing direction. Diffracted light is detected by the diffractive diffraction grating 7 and detected by the photodetector 9.

図16は、偏光性回折格子7の構成を示す図であり、同図において、偏光性回折格子7は、透明基板1上に矩形凹凸形状をもつ複屈折(光学異方性)を示す媒体2が配置され、その上に光学的に等方性を示す媒体3が充填され、その上を透明基板1‘で覆われて構成されている。
等方性媒体3の屈折率を複屈折媒体2の常光屈折率、または異常光屈折率のいずれかと等しくすることにより、偏光性(光学異方性)を示す回折格子として機能する。すなわち、ある方向の偏光に対してはほぼ全透過し、これと直交する偏光に対しては全回折するような特性を持たせることができる。
このような偏光性回折格子を光ヘッドの分岐素子として用いれば、光源から光記録媒体13へ向かう往路を全透過する偏光方向に設定して効率良く光記録媒体に集光させ、光路中に1/4波長板を配置しておくことにより、図15に示すように、光記録媒体13からの反射光を往路の偏光方向とは直交して戻るようにさせて再び偏光性回折格子7に入射させると、復路光は全回折され光検出器9に効率良く受光されるようにでき往路、復路とも高効率の光ヘッドが実現できる。
FIG. 16 is a diagram showing a configuration of the polarizing diffraction grating 7, in which the polarizing diffraction grating 7 is a medium 2 having birefringence (optical anisotropy) having a rectangular uneven shape on the transparent substrate 1. Is disposed, filled with an optically isotropic medium 3, and covered with a transparent substrate 1 '.
By making the refractive index of the isotropic medium 3 equal to either the ordinary refractive index or the extraordinary refractive index of the birefringent medium 2, the isotropic medium 3 functions as a diffraction grating exhibiting polarization (optical anisotropy). That is, it is possible to provide a characteristic that almost completely transmits a polarized light in a certain direction and totally diffracts a polarized light orthogonal thereto.
If such a polarizing diffraction grating is used as a branching element of an optical head, the outgoing path from the light source to the optical recording medium 13 is set to a polarization direction that totally transmits, and is efficiently condensed on the optical recording medium, and 1 in the optical path. By arranging the / 4 wavelength plate, the reflected light from the optical recording medium 13 returns to the polarization diffraction grating 7 again so as to return perpendicularly to the polarization direction of the forward path, as shown in FIG. As a result, the return path light is totally diffracted so that it can be efficiently received by the photodetector 9, and a high-efficiency optical head can be realized for both the forward and return paths.

図17は、図16に示す偏光性回折格子の入射角に対する+1次回折光(片側の回折光)の回折効率特性を示す図であり、矩形格子の特性として、垂直入射を中心に約40%程度の回折効率をもつ。   FIG. 17 is a diagram showing the diffraction efficiency characteristics of the + 1st order diffracted light (one-side diffracted light) with respect to the incident angle of the polarizing diffraction grating shown in FIG. 16. As a characteristic of the rectangular grating, about 40% centering on vertical incidence. With a diffraction efficiency of

従来の光ヘッドは、図17に示すような回折効率を持つ偏光性回折格子で十分であったが、図15に示した光ヘッドが搭載される光ディスク装置の記録再生速度(特に再生速度)を高速化させようとした場合に次のような問題があった。   A conventional optical head was sufficient with a polarizing diffraction grating having a diffraction efficiency as shown in FIG. 17, but the recording / reproducing speed (particularly the reproducing speed) of the optical disk apparatus on which the optical head shown in FIG. When trying to increase the speed, there were the following problems.

つまり、記録再生速度を高速化させる際にはディスクからの反射信号を光検出器で受光する場合のSN比を向上させるため、偏光性回折格子には40%以上の回折効率が必要となってくる。特に青色領域の半導体レーザを光源とした高密度光ディスクに適用する場合、記録情報の高密度化により再生信号帯域が広帯域となり、同時に光検出器の感度が青色領域では赤色あるいは赤外領域より感度低下することの2面から、光検出信号のSN比低下が生じる。
このSN比低下を改善させるため、偏光性回折格子の復路効率(+1次回折効率)は40%を越えた高回折効率が必要となる。また、青色領域で光源、光検出器一体化して小型化、つまり、図15における偏光性回折格子7や半導体レーザー7あるいは光検出器9の一体ユニット化するためには、偏光性回折格子7に必要な格子ピッチは短波長化にともない、1μmオーダーの狭ピッチが必要となる。
In other words, when increasing the recording / reproducing speed, the polarizing diffraction grating needs to have a diffraction efficiency of 40% or more in order to improve the SN ratio when the reflected signal from the disk is received by the photodetector. come. In particular, when applied to high-density optical discs that use a semiconductor laser in the blue region as a light source, the reproduction signal band becomes wider due to the higher recording information density, and at the same time, the sensitivity of the photodetector is lower in the blue region than in the red or infrared region. The SN ratio of the photodetection signal is reduced due to two aspects of doing so.
In order to improve this SN ratio reduction, the return diffraction efficiency (+ 1st-order diffraction efficiency) of the polarizing diffraction grating requires a high diffraction efficiency exceeding 40%. Further, in order to reduce the size by integrating the light source and the light detector in the blue region, that is, in order to make the polarizing diffraction grating 7, the semiconductor laser 7 or the light detector 9 in FIG. As the required grating pitch becomes shorter, a narrow pitch of 1 μm order is required.

以上のような要求に対して、今後の光源短波長化に伴い必要となる、狭ピッチで高回折効率の偏光性回折格子としての構造的な条件を考察すると、図16に示した矩形格子では+1次回折効率が40%以上にならないという点で実現できず、また従来より片側+1次回折効率を高効率化する方法であるブレーズ格子は80〜90%の高回折効率化はできるが、1μmオーダーの狭ピッチ化は加工の難易度が高く実現が困難である。   In consideration of the structural requirements as a polarizing diffraction grating with a narrow pitch and high diffraction efficiency, which will be required in response to the future shortening of the wavelength of the light source, the rectangular grating shown in FIG. The blazed grating, which is a method for increasing the efficiency of the + 1st order diffraction efficiency on one side compared to the conventional one, can achieve a high diffraction efficiency of 80 to 90%, but it is 1 μm. Narrowing the order is difficult to implement because of the high degree of difficulty in processing.

本発明の目的は、上記従来の光ヘッドにおける問題に鑑み、回折効率、特に片側の1次回折光の回折率を高めて光源短波長化を行ったときにも大型化することなく記録及び再生速度の高速化が可能となる光ヘッド装置を提供することにある。   In view of the above problems in the conventional optical head, it is an object of the present invention to increase the diffraction efficiency, particularly the diffraction rate of the first-order diffracted light on one side and reduce the wavelength of the light source without increasing the size. An object of the present invention is to provide an optical head device that can increase the speed of the optical head device.

請求項1記載の発明は、光源からの光を記録媒体に集光し、記録媒体からの反射光を検出して情報を記録または再生、あるいは記録再生する光ヘッドを備えた光ヘッド装置において、上記光ヘッドに用いるホログラム素子として、少なくとも、誘電異方性を有する非重合性液晶と、重合性モノマーあるいはプレポリマーと、光重合開始剤とからなる組成物を一対の透明基板間に保持し、前記組成物を二光束干渉露光することにより、主にポリマーから成る層と主に非重合性液晶から成る層との周期的な相分離構造を形成したポリマー分散液晶型の偏光選択性ホログラム素子を用いて、光源から該ホログラム素子に入射する光の偏光方向(電界の振動方向)を記録媒体トラック方向と略平行に設定したことを特徴としている。   The invention according to claim 1 is an optical head device including an optical head for condensing light from a light source on a recording medium, detecting reflected light from the recording medium, and recording or reproducing information, or recording and reproducing information. As a hologram element used for the optical head, at least a composition comprising a non-polymerizable liquid crystal having dielectric anisotropy, a polymerizable monomer or prepolymer, and a photopolymerization initiator is held between a pair of transparent substrates, By subjecting the composition to two-beam interference exposure, a polymer-dispersed liquid crystal type polarization selective hologram element in which a periodic phase separation structure of a layer mainly composed of a polymer and a layer mainly composed of a non-polymerizable liquid crystal is formed. And the polarization direction of light incident on the hologram element from the light source (electric field vibration direction) is set substantially parallel to the recording medium track direction.

請求項2記載の発明は、請求項1記載の光ヘッド装置において、記録媒体で反射して前記ホログラム素子に入射する戻り光の偏光方向(電界の振動方向)として、ホログラムで回折されたフォーカス検出のための回折光の光軸をホログラム面に射影した方向と略平行に設定したことを特徴としている。   According to a second aspect of the present invention, in the optical head device according to the first aspect, the focus detection diffracted by the hologram as the polarization direction of the return light reflected by the recording medium and incident on the hologram element (vibration direction of the electric field) The optical axis of the diffracted light is set substantially parallel to the direction projected onto the hologram surface.

請求項3記載の発明は、請求項1または2記載の光ヘッド装置において、前記ホログラム素子は、ホログラムを構成する前記組成物中に更に重合性液晶モノマーを含み、二光束干渉露光後の主にポリマーから成る層の中に液晶骨格部を含有した偏光選択性ホログラム素子を用いていることを特徴としている。   According to a third aspect of the present invention, in the optical head device according to the first or second aspect, the hologram element further includes a polymerizable liquid crystal monomer in the composition constituting the hologram, and mainly after two-beam interference exposure. A polarization-selective hologram element containing a liquid crystal skeleton in a polymer layer is used.

請求項4記載の発明は、請求項1乃至3のうちの一つに記載の光ヘッド装置において、前記ホログラム素子としてポリマー分散液晶型の偏光選択性ホログラム素子を用いるとともに、光源として半導体レーザを用い、該半導体レーザの接合方向(活性層の接合方向)を記録媒体のトラック方向と垂直方向に設定し、光源とホログラム素子の間に1/2波長板を設置したことを特徴としている。   According to a fourth aspect of the present invention, in the optical head device according to any one of the first to third aspects, a polymer-dispersed liquid crystal type polarization selective hologram element is used as the hologram element, and a semiconductor laser is used as a light source. The semiconductor laser is characterized in that the bonding direction of the semiconductor laser (the bonding direction of the active layer) is set in a direction perpendicular to the track direction of the recording medium, and a half-wave plate is installed between the light source and the hologram element.

請求項5記載の発明は、請求項4記載の光ヘッドにおいて、前記1/2波長板はホログラム素子と一体化していることを特徴としている。   According to a fifth aspect of the invention, in the optical head of the fourth aspect, the half-wave plate is integrated with a hologram element.

請求項6記載の発明は、請求項1乃至5のうちの一つに記載の光ヘッド装置において、前記光源と光検出器とホログラム素子とが一体化していることを特徴としている。   A sixth aspect of the present invention is the optical head device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the light source, the photodetector, and the hologram element are integrated.

請求項1記載の発明によれば、二光束干渉露光により主にポリマーからなる層と非重合性液晶からなる層との周期的な相分離構造を形成したポリマー分散液晶型の偏光選択性ホログラムを用いて光源から該ホログラム素子に入射する光の偏光方向(電界の振動方向)を記録媒体トラック方向と略平行に設定しているので、1μm以下の格子ピッチで光源から光記録媒体への往路がホログラム素子では回折せず、光記録媒体に高効率で入射させられるので、記録速度の高速化ができる。   According to the first aspect of the present invention, there is provided a polymer-dispersed liquid crystal type polarization selective hologram in which a periodic phase separation structure of a layer mainly composed of a polymer and a layer composed of a non-polymerizable liquid crystal is formed by two-beam interference exposure. Since the polarization direction of light incident on the hologram element from the light source (the vibration direction of the electric field) is set substantially parallel to the recording medium track direction, the forward path from the light source to the optical recording medium can be achieved with a grating pitch of 1 μm or less. Since the hologram element is not diffracted and is incident on the optical recording medium with high efficiency, the recording speed can be increased.

請求項2記載の発明によれば、記録媒体で反射して該ホログラム素子に入射する戻り光の偏光方向(電界の振動方向)を、ホログラムで回折されたフォーカス検出のための回折光の光軸をホログラム面に射影した方向と略平行に設定しているので、片側の+1次回折効率を80%以上の高効率にでき、光検出器における受光量を多くできる。   According to the second aspect of the present invention, the polarization direction of the return light reflected by the recording medium and incident on the hologram element (vibration direction of the electric field) is the optical axis of the diffracted light for focus detection diffracted by the hologram. Is set substantially parallel to the direction projected onto the hologram surface, the + 1st-order diffraction efficiency on one side can be made high efficiency of 80% or more, and the amount of light received by the photodetector can be increased.

これにより、検出信号のS/N比を高くできて再生速度の高速化がはかれる。また1μm以下のピッチが可能なので、ホログラム素子と光検出器の距離を小さくでき、光ヘッドの小型化が可能となる。   As a result, the S / N ratio of the detection signal can be increased and the reproduction speed can be increased. Further, since a pitch of 1 μm or less is possible, the distance between the hologram element and the photodetector can be reduced, and the optical head can be miniaturized.

請求項3記載の発明によれば、ホログラムを構成する前記組成物中に更に重合性液晶モノマーを含み、二光束干渉露光後の主にポリマーから成る層の中に液晶骨格部を含有した偏光選択性ホログラム素子を用いているので、二光束干渉露光が実行されると非重合性液晶部全体の配向性が高まるのを利用して非重合性液晶部の複屈折性が増加し、回折の偏光選択性を大きくすることが可能となる。
また、ポリマー壁と非重合性液晶分子との相互作用が強いので、非重合性液晶部は比較的高温領域まで液晶相を保つことができ、偏光選択性ホログラム素子の使用温度範囲を広げることが可能となる。
According to the third aspect of the present invention, the polarization selection further includes a polymerizable liquid crystal monomer in the composition constituting the hologram, and a liquid crystal skeleton portion in the layer mainly composed of the polymer after the two-beam interference exposure. When a two-beam interference exposure is performed, the birefringence of the non-polymerizable liquid crystal part increases using the two-beam interference exposure and the diffraction polarization is increased. The selectivity can be increased.
In addition, since the interaction between the polymer wall and the non-polymerizable liquid crystal molecules is strong, the non-polymerizable liquid crystal part can maintain the liquid crystal phase up to a relatively high temperature region, and can widen the operating temperature range of the polarization selective hologram element. It becomes possible.

請求項4記載の発明によれば、光源として半導体レーザを用い、該半導体レーザの接合方向(活性層の接合方向)を記録媒体のトラック方向と垂直方向に設定し、光源とホログラム素子の間に1/2波長板を設置しているので、高密度の光ディスクに対して、記録マークの読取り分解能の向上による再生ジッタの低減と、光源から光記録媒体への往路の光利用効率の向上を両立でき、低ジッタで高速記録が可能な光ヘッドを提供することが可能となる。   According to the fourth aspect of the present invention, a semiconductor laser is used as the light source, the bonding direction of the semiconductor laser (the bonding direction of the active layer) is set in a direction perpendicular to the track direction of the recording medium, and the gap between the light source and the hologram element is set. Since a half-wave plate is installed, for high-density optical discs, both reduction in reproduction jitter by improving the reading resolution of recording marks and improvement in the efficiency of light utilization from the light source to the optical recording medium are achieved. Thus, it is possible to provide an optical head capable of high-speed recording with low jitter.

請求項5記載の発明によれば、光源とホログラム素子の間に配置する1/2波長板をホログラム素子と一体化することにより、部品点数の削減、1/2波長板ホルダー部材の省略による簡易化、低コスト化が可能となる。   According to the fifth aspect of the present invention, the half-wave plate disposed between the light source and the hologram element is integrated with the hologram element, thereby reducing the number of parts and simplifying by omitting the half-wave plate holder member. And cost reduction.

請求項6記載の発明によれば、光源と光検出器およびホログラム素子を一体化することにより、光ヘッドの小型化、光ヘッド組付け調整の簡易化、また一体化により温度変化、経時による特性の変化を抑えることができ、安定な光ヘッドを提供することが可能となる。   According to the invention described in claim 6, by integrating the light source, the photodetector, and the hologram element, the optical head can be miniaturized, the optical head assembly adjustment can be simplified, and the temperature change and the characteristics over time can be achieved by integration. Therefore, it is possible to provide a stable optical head.

以下、図面に示す実施例により本発明を実施するための最良の形態について説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to embodiments shown in the drawings.

図1は、請求項1記載の発明に係る実施例である光ヘッド装置に用いられる液晶材料を使用した偏光選択性ホログラム素子を示しており、以下に、該素子の作成方法について説明する。
図1において偏光選択性ホログラム100は、非重合性液晶分子102と重合性モノマー103あるいはプレポリマーとを図示しない光重合開始剤とを均一に混合した組成物で構成され、この組成物が二枚の透明基板101,101’間に挟み込まれている。
組成物の厚みは基板間隔を制御する図示しないスペーサー部材によって制御できる。この組成物は感光性を有するため、素子作製工程において感度を有する波長域の光を遮断した環境下で取り扱うことが好ましい。
FIG. 1 shows a polarization-selective hologram element using a liquid crystal material used in an optical head apparatus which is an embodiment according to the first aspect of the present invention. A method for producing the element will be described below.
In FIG. 1, a polarization selective hologram 100 is composed of a composition in which a non-polymerizable liquid crystal molecule 102 and a polymerizable monomer 103 or a prepolymer are uniformly mixed with a photopolymerization initiator (not shown). The transparent substrates 101 and 101 ′ are sandwiched.
The thickness of the composition can be controlled by a spacer member (not shown) that controls the distance between the substrates. Since this composition has photosensitivity, it is preferable to handle it in an environment in which light having a sensitive wavelength region is blocked in the device manufacturing process.

非重合性液晶102としては、屈折率異方性を有する液晶ならば一般的なものを使用できる。
液晶材料を選択する時は、あるオーダーパラメーターの配向状態において、重合性モノマー103あるいはプレポリマーの硬化層の屈折率と等しい屈折率となる液晶材料を選択してもよく、また、液晶材料を選択してから、その液晶のあるオーダーパラメーターの配向状態での屈折率と同じ屈折率になるように重合性モノマーあるいはプレポリマーを選択してもよい。
また重合性モノマー103またはそのプレポリマーとしては、重合による硬化収縮が大きいものを用いることが好ましい。
As the non-polymerizable liquid crystal 102, a general liquid crystal having refractive index anisotropy can be used.
When selecting a liquid crystal material, a liquid crystal material having a refractive index equal to the refractive index of the cured layer of the polymerizable monomer 103 or the prepolymer may be selected in an orientation state with a certain order parameter, or a liquid crystal material may be selected. Then, the polymerizable monomer or the prepolymer may be selected so that the refractive index is the same as the refractive index of the liquid crystal in a certain order parameter alignment state.
Further, as the polymerizable monomer 103 or its prepolymer, it is preferable to use a monomer that has a large cure shrinkage due to polymerization.

光重合開始剤としては、公知の材料を用いることができ、光重合開始剤の添加量が少なすぎる場合にはポリマーと液晶の相分離が起こり難くなり、必要な露光時間が長くなってしまう。逆に、光重合開始剤が多すぎる場合にはポリマーと液晶の相分離が不十分な状態で硬化してしまうため、ポリマー中に多くの液晶分子が取り込まれ、偏光選択性が小さくなるという問題がある。   As the photopolymerization initiator, a known material can be used. When the amount of the photopolymerization initiator added is too small, phase separation between the polymer and the liquid crystal is difficult to occur, and the necessary exposure time is increased. On the other hand, if there are too many photopolymerization initiators, the polymer and liquid crystal are cured with insufficient phase separation, so that many liquid crystal molecules are taken into the polymer and the polarization selectivity is reduced. There is.

スペーサー部材としては、液晶表示装置に用いられるような球形スペーサー、ファイバースペーサー、フィルムなどを用いることが可能である。また、フォトリソグラフィーとエッチングあるいは成型技術などによって基板表面に突起形状を加工しても良い。スペーサー部材はホログラムの有効領域外に形成することが好ましい。スペーサー部材の高さは数μmから数十μm範囲が好ましく、回折光の波長とポリマー部と液晶部の屈折率差に応じて所望のホログラム層厚みとなるように適宜設定される。
透明基板101,101’としては、液晶表示装置に用いられるようなガラス、プラスチックなどを用いることができる。
As the spacer member, it is possible to use a spherical spacer, a fiber spacer, a film or the like as used in a liquid crystal display device. Further, the protrusion shape may be processed on the substrate surface by photolithography and etching or molding technique. The spacer member is preferably formed outside the effective area of the hologram. The height of the spacer member is preferably in the range of several μm to several tens of μm, and is appropriately set so as to have a desired hologram layer thickness according to the wavelength of the diffracted light and the refractive index difference between the polymer portion and the liquid crystal portion.
As the transparent substrates 101 and 101 ′, glass, plastic, or the like used in a liquid crystal display device can be used.

次に相分離によるホログラム形成過程について図2,3を用いて説明する。
図2において図示しない所望の波長のレーザー光源による二光束干渉露光系を用いて、組成物中に露光を行うと、図3に示すように干渉縞の明部において重合性モノマー(便宜上、黒塗り三角形で示す)あるいはプレポリマーの光重合反応が始まる。この時、硬化収縮が起こって密度差が生じ、隣接する重合性モノマーあるいはプレポリマーが明部に移動し更に重合が進行する。それと同時に明部に存在していた非重合性液晶(便宜上、楕円で示す)が暗部に向かって追い出されることで相分離が起こる。このとき液晶分子が移動して行く際にモノマーやポリマー鎖との相互作用で液晶分子長軸を移動方向に配向させようとする力が働くと考えられる。すなわち、相分離過程において干渉縞の間隔方向に液晶分子を配向させようとする力が働くと考えられる。
Next, a hologram forming process by phase separation will be described with reference to FIGS.
When exposure is performed on the composition using a two-beam interference exposure system using a laser light source having a desired wavelength (not shown in FIG. 2), as shown in FIG. (Indicated by triangles) or the prepolymer photopolymerization reaction begins. At this time, curing shrinkage occurs, resulting in a density difference, the adjacent polymerizable monomer or prepolymer moves to the bright part, and further polymerization proceeds. At the same time, phase separation occurs when non-polymerizable liquid crystal (shown by an ellipse for convenience) existing in the bright part is driven out toward the dark part. At this time, it is considered that when the liquid crystal molecules move, a force for aligning the major axis of the liquid crystal molecules in the moving direction by the interaction with the monomer or polymer chain is considered to work. That is, it is considered that a force for orienting liquid crystal molecules in the direction of the interference fringe acts in the phase separation process.

最終的には図4に示すように、干渉縞の明暗のピッチに対応してポリマー層と非重合性液晶層の周期構造が形成され、液晶層部の配向ベクトルが干渉縞の間隔方向を向いた状態が得られると考えられる。この干渉露光および相分離過程において、試料を適当な温度に加熱保持しておくことが好ましい。
温度によって相分離の速度が変化し、液晶分子の配向性に影響を及ぼすと考えられる。最適な加熱温度は使用する材料によって異なるが40℃から100℃程度が好ましい。
Finally, as shown in FIG. 4, a periodic structure of the polymer layer and the non-polymerizable liquid crystal layer is formed corresponding to the bright and dark pitches of the interference fringes, and the orientation vector of the liquid crystal layer portion is oriented in the interval direction of the interference fringes. It is thought that the state that was In this interference exposure and phase separation process, the sample is preferably heated and held at an appropriate temperature.
It is considered that the phase separation speed changes depending on the temperature and affects the orientation of the liquid crystal molecules. The optimum heating temperature varies depending on the material used, but is preferably about 40 ° C to 100 ° C.

本実施例では、液晶部全体の常光屈折率noとポリマー部の屈折率npがほぼ一致するように液晶の種類とポリマーの種類の組合せを適宜設定することで、s偏光の入射光に対しては液晶部全体の常光屈折率noとポリマー部の屈折率npの差を感じないため回折せず、p偏光の入射光に対しては液晶部全体の異常光屈折率neとポリマー部の屈折差を感じて回折するような偏光選択性ホログラムが得られる。ここで、体積ホログラムの回折効率は屈折率変調量Δnと厚みdの積Δn・dに依存するので、屈折率差Δnを大きくできるとホログラムの厚みdを薄くできる。
体積ホログラムの厚みを薄くすると回折効率の角度依存性が小さくなり、入射角変動に対する光利用効率低下が改善する。
したがって、図4に示すように、偏光選択性が大きく入射角度依存性が比較的少ない高効率な偏光選択性ホログラムが得られる。
In this embodiment, by appropriately setting the combination of the liquid crystal type and the polymer type so that the ordinary light refractive index no of the entire liquid crystal part and the refractive index np of the polymer part substantially coincide with each other, Is not diffracted because it does not feel the difference between the ordinary light refractive index no of the whole liquid crystal part and the refractive index np of the polymer part, and for the p-polarized incident light, the extraordinary light refractive index ne of the whole liquid crystal part and the refractive difference of the polymer part A polarization-selective hologram that feels and diffracts is obtained. Here, since the diffraction efficiency of the volume hologram depends on the product Δn · d of the refractive index modulation amount Δn and the thickness d, the hologram thickness d can be reduced if the refractive index difference Δn can be increased.
If the thickness of the volume hologram is reduced, the angle dependency of the diffraction efficiency is reduced, and the decrease in light utilization efficiency against the incident angle fluctuation is improved.
Therefore, as shown in FIG. 4, a highly efficient polarization selective hologram having a large polarization selectivity and a relatively small incident angle dependency can be obtained.

図2乃至図4において説明した液晶分子を含む記録材料に干渉記録したホログラム素子は、図5に示す構成の光ヘッドに用いられる。
図5は、光ヘッドの光源である半導体レーザ(便宜上、図15に示した符号8を用いる)LD,光検出器(便宜上、図15で示した符号9を用いる)PD,ホログラム素子100の部分を拡大したものである。よって図8ではコリメートレンズ、対物レンズ、光記録媒体等は図示省略してある。
半導体レーザ8からの出射発散光中に図2乃至図4において説明した液晶分子を含む記録材料13に干渉露光したホログラム素子100が配置されている。
ホログラム素子100は光記録媒体で反射した戻り光がホログラム素子100で回折され光検出器9で受光されるとき、回折光中でフォーカス信号を検出するための回折光の光軸が図5中のy−z面内に設定されている。
このとき情報を記録再生する光記録媒体の情報を記録するトラックの方向は図5において紙面と垂直な方向である。
The hologram element interference-recorded on the recording material containing liquid crystal molecules described in FIGS. 2 to 4 is used for the optical head having the configuration shown in FIG.
FIG. 5 shows a semiconductor laser as a light source of the optical head (for convenience, reference numeral 8 shown in FIG. 15) LD, a photodetector (for convenience, reference numeral 9 shown in FIG. 15) PD, and a portion of the hologram element 100 Is an enlarged version. Therefore, in FIG. 8, the collimating lens, the objective lens, the optical recording medium, and the like are not shown.
A hologram element 100 subjected to interference exposure on the recording material 13 containing liquid crystal molecules described in FIGS. 2 to 4 in the divergent light emitted from the semiconductor laser 8 is disposed.
In the hologram element 100, when the return light reflected by the optical recording medium is diffracted by the hologram element 100 and received by the photodetector 9, the optical axis of the diffracted light for detecting the focus signal in the diffracted light is shown in FIG. It is set in the yz plane.
At this time, the direction of the track for recording information on the optical recording medium for recording / reproducing information is the direction perpendicular to the paper surface in FIG.

請求項1記載の発明に係る実施例における特徴は、図2乃至図4において説明した液晶分子を含む記録材料に干渉露光で作成したホログラム素子に対し光源側8から入射する光の偏光方向(電場の振動方向)はトラック方向と平行に設定することを特徴とする。   The embodiment of the invention according to the first aspect is characterized in that the polarization direction (electric field) of light incident from the light source side 8 on the hologram element produced by interference exposure on the recording material containing liquid crystal molecules described in FIGS. (Vibration direction) is set parallel to the track direction.

光源8側から入射する光の偏光方向を光記録媒体のトラック方向と平行に設定することにより、図2乃至4において説明した液晶分子を含む記録材料に干渉露光で作成したホログラム素子100に対し光源8から光記録媒体へ向かう往路光に対して、ホログラム素子100は液晶部全体の常光屈折率noとポリマー部の屈折率npの差を感じないため回折せず、ほとんど透過するのでホログラム素子における光のロスが起こらないようにできる。   By setting the polarization direction of light incident from the light source 8 side in parallel with the track direction of the optical recording medium, the light source for the hologram element 100 created by interference exposure on the recording material containing the liquid crystal molecules described in FIGS. Since the hologram element 100 does not feel the difference between the ordinary light refractive index no of the entire liquid crystal part and the refractive index np of the polymer part with respect to the forward light from 8 to the optical recording medium, it hardly transmits light. Can be avoided.

図6は、図2乃至図4において説明した液晶分子を含む記録材料に干渉露光で作成したホログラム素子100を適用した光ヘッドの全体構成を示している。
同図においてホログラム素子100は、コリメートレンズ(便宜上、図15において示した符号10を用いる)と対物レンズ(便宜上、図15で示した符号12を用いる)との間の平行光中に配置されている。
この場合も光源8からのホログラム素子100への入射光の偏光方向を光記録媒体13のトラック方向と平行にすることにより、ホログラム素子100は液晶部全体の常光屈折率noとポリマー部の屈折率npの差を感じないため回折せず、ほとんど透過するのでホログラム素子における光のロスが起こらないようにできる。
FIG. 6 shows the overall configuration of an optical head in which the hologram element 100 created by interference exposure is applied to the recording material containing the liquid crystal molecules described in FIGS.
In the figure, a hologram element 100 is arranged in parallel light between a collimating lens (for convenience, the reference numeral 10 shown in FIG. 15) and an objective lens (for convenience, the reference numeral 12 shown in FIG. 15). Yes.
Also in this case, by making the polarization direction of the incident light from the light source 8 to the hologram element 100 parallel to the track direction of the optical recording medium 13, the hologram element 100 has the ordinary light refractive index no of the entire liquid crystal part and the refractive index of the polymer part. Since the difference in np is not felt, the light is hardly diffracted and transmitted, so that light loss in the hologram element can be prevented.

次に請求項2記載の発明に係る実施例について説明する。   Next, an embodiment according to the second aspect of the present invention will be described.

図7は、左側にホログラム領域の平面図を示し、右側にはホログラムからの回折光とそれを受光する光検出器の分割された検出領域パターンを示している。
図7においてはフォーカス信号検出法としてナイフエッジ法を用いる場合であり、光記録媒体で反射された戻り光は紙面手前方向からホログラム領域に入射し、ホログラム領域Aからはフォーカス信号検出用の回折光が光検出器の領域PD1−1とPD1−2の分割線上に集光する。
トラッキング信号検出用の回折光はホログラム領域Bからの回折光が検出領域PD2に集光するのとホログラム領域Cからの回折光が検出領域PD3に集光する。フォーカス信号Fは、
F=[PD1−1]−[PD1−2]
から生成し、トラッキング信号Tは
T= PD2−PD3 から生成する。
FIG. 7 shows a plan view of the hologram area on the left side, and shows a divided detection area pattern of the diffracted light from the hologram and a photodetector for receiving it on the right side.
In FIG. 7, the knife edge method is used as the focus signal detection method, and the return light reflected by the optical recording medium is incident on the hologram area from the front side of the drawing, and the hologram area A diffracted light for focus signal detection. Condenses on the dividing line of the areas PD1-1 and PD1-2 of the photodetector.
As for the diffracted light for detecting the tracking signal, the diffracted light from the hologram region B is condensed on the detection region PD2, and the diffracted light from the hologram region C is condensed on the detection region PD3. The focus signal F is
F = [PD1-1]-[PD1-2]
The tracking signal T is generated from T = PD2-PD3.

請求項2記載の発明に係る実施例は、光記録媒体からの反射戻り光が図2乃至4において説明した液晶分子を含む記録材料に干渉露光で作成したホログラム素子100に入射するとき、戻り光偏光方向をフォーカス検出のための回折光の光軸のホログラム面に射影した方向と略平行にすることを特徴としている。   In the embodiment according to the second aspect of the present invention, when the reflected return light from the optical recording medium is incident on the hologram element 100 produced by interference exposure on the recording material containing the liquid crystal molecules described in FIGS. The polarization direction is substantially parallel to the direction projected onto the hologram surface of the optical axis of the diffracted light for focus detection.

これにより、液晶部全体の異常光屈折率neとポリマー部の屈折差を生じて強く回折する。このように、液晶分子を含む記録材料の膜厚を最適化することにより、片方の+1次回折効率を80%以上の高効率で回折させることができる。   As a result, the extraordinary light refractive index ne of the entire liquid crystal part and the refractive difference of the polymer part are generated to diffract strongly. Thus, by optimizing the film thickness of the recording material containing liquid crystal molecules, it is possible to diffract one of the + 1st order diffraction efficiency with a high efficiency of 80% or more.

本発明者は、この特徴に基づき、ホログラムの+1次回折効率に関して実験をしたところ、図14に示す結果を得た。
図14は、ホログラムの+1次回折効率の様子を示す図であり、横軸がホログラム内の位置、縦軸が+1次回折効率を示している。
Based on this feature, the inventor conducted an experiment on the + 1st order diffraction efficiency of the hologram, and obtained the result shown in FIG.
FIG. 14 is a diagram illustrating the state of the + 1st order diffraction efficiency of the hologram, in which the horizontal axis indicates the position in the hologram and the vertical axis indicates the + 1st order diffraction efficiency.

図14からも明らかなように、従来の矩形形状回折格子による+1次回折効率は曲線S2に対し、本実施例での液晶分子を含む記録材料に干渉露光で作成したホログラム素子の+1次回折効率は曲線S1で示すように、従来方法の2倍以上の回折効率をもつホログラム素子が実現している。
また、光記録媒体(便宜上、図15において示した符号13が用いられている図6参照)からの戻り光の偏光方向をフォーカス検出のための回折光の光軸のホログラム面に射影した方向と略平行にするにはホログラム素子と対物レンズの間に1/4波長板を配置することにより実現できる。
As is apparent from FIG. 14, the + 1st order diffraction efficiency of the conventional rectangular diffraction grating is + 1st order diffraction efficiency of the hologram element produced by interference exposure on the recording material containing the liquid crystal molecules in this embodiment with respect to the curve S2. As shown by the curve S1, a hologram element having a diffraction efficiency more than twice that of the conventional method is realized.
Further, the polarization direction of the return light from the optical recording medium (for convenience, see FIG. 6 where reference numeral 13 shown in FIG. 15 is used) is projected onto the hologram surface of the optical axis of the diffracted light for focus detection; Substantially parallel can be realized by arranging a quarter-wave plate between the hologram element and the objective lens.

図8は別のフォーカス検出法に関する変形例を示しており、ダブルビームサイズ法によるフォーカス検出に適用する場合である。
図8において光記録媒体からの反射戻り光はホログラム素子で2つの回折光に分かれて回折される。図において戻り光の左半分は光検出器手前で集光するようなビームとして回折され、戻り光の右半分は光検出機の後方で集光するようなビームとして回折される。すなわち、左半分は前側収束、右半分は後側収束であり、光検出器からのに前側と後側の収束位置の距離は等しい。
FIG. 8 shows a modification regarding another focus detection method, which is applied to focus detection by the double beam size method.
In FIG. 8, the reflected return light from the optical recording medium is divided into two diffracted lights by the hologram element and diffracted. In the figure, the left half of the return light is diffracted as a beam that is collected in front of the photodetector, and the right half of the return light is diffracted as a beam that is collected behind the photodetector. That is, the left half is the front convergence and the right half is the rear convergence, and the distance between the front and rear convergence positions from the photodetector is the same.

図9は、ホログラム素子100および光検出器9の平面図であり、ホログラムは領域Dと領域Eに2分割され、領域Dからは前側に集光する回折光が発生して光検出器9の検出領域1に入射する。領域Eからは後側に集光する回折光が発生して光検出器9の検出領域2に入射する。図9では、領域DおよびEからの回折光の光軸が図の上下にずれて描かれているが、実際は図の上下方向で一致した回折光となっている。図の場合、フォーカス信号Fは、
F=(1+3+5)−(2+4+6)で検出され、
トラック信号Tは、
T=(1+2+3)−(4+5+6)で検出される。ここでパラメータと示す数字「1」は光検出器9での分割PD1からの出力を意味している。
FIG. 9 is a plan view of the hologram element 100 and the photodetector 9. The hologram is divided into a region D and a region E. From the region D, diffracted light that converges on the front side is generated, and the photodetector 9 The light enters the detection region 1. Diffracted light that converges to the rear side is generated from the region E and enters the detection region 2 of the photodetector 9. In FIG. 9, the optical axes of the diffracted light from the regions D and E are depicted as being shifted up and down in the figure, but in actuality, the diffracted light coincides in the up and down direction of the figure. In the case of the figure, the focus signal F is
F = (1 + 3 + 5) − (2 + 4 + 6),
The track signal T is
T = (1 + 2 + 3) − (4 + 5 + 6) is detected. Here, the number “1” indicating a parameter means an output from the divided PD 1 in the photodetector 9.

請求項2記載の発明に係る実施例は、図9においても光記録媒体からの反射戻り光が図2乃至4において説明した液晶分子を含む記録材料に干渉露光で作成したホログラム素子に入射するとき、戻り光偏光方向をフォーカス検出のための回折光の光軸のホログラム面に射影した方向と略平行にすることを特徴としている。   In the embodiment according to the second aspect of the present invention, the reflected return light from the optical recording medium is incident on the hologram element produced by interference exposure on the recording material containing the liquid crystal molecules described in FIGS. The return light polarization direction is substantially parallel to the direction projected onto the hologram surface of the optical axis of the diffracted light for focus detection.

これにより、液晶部全体の異常光屈折率neとポリマー部の屈折差を生じて強く回折する。液晶分子を含む記録材料の膜厚を最適化することにより、片方の+1次回折効率を80%以上の高効率で回折させることができる。   As a result, the extraordinary light refractive index ne of the entire liquid crystal part and the refractive difference of the polymer part are generated to diffract strongly. By optimizing the film thickness of the recording material containing liquid crystal molecules, the + 1st order diffraction efficiency of one side can be diffracted with a high efficiency of 80% or more.

次に請求項3記載の発明に係る実施例について説明する。
請求項1記載の発明に係る実施例と同様に、本実施例に用いられるホログラム素子は、図10に示すように、非重合性液晶分子を含む組成物中に重合性モノマーあるいはプレポリマーの一部として重合性液晶モノマーを混合し、図10において上側の断面図で示すように、二枚の透明基板間に封入されて構成されている。
重合性液晶モノマーとしては、単官能の液晶アクリレートモノマー、液晶メタアクリレートモノマー、二官能の液晶ジアクリレートモノマー、液晶ジメタアクリレートモノマーなどが用いられる。これらの材料は、官能基であるアクリロイルオキシ基と液晶骨格の間にメチレン鎖を有していても良い。このような組成物に二光束干渉露光を行うと、ポリマー中にはある程度の液晶性モノマー骨格も取り込まれながら重合されていく。この時、図3と同様に、干渉縞の明部から暗部に非重合性液晶分子が追い出されて行く過程で、重合性液晶モノマーにも相互作用して重合性液晶モノマーの分子長軸を移動方向に配向させようとする力が働くと考えられる。
このようにして図10における中段の断面図および下段に示す上面図のように重合性液晶モノマーの分子長軸が比較的配向した状態でポリマー中に固定化される。特に、ポリマー層と非重合性液晶の界面ではポリマー層表面に略垂直方向に液晶骨格長軸が配向した状態で固定化されていると考えられる。従って、非重合性液晶層全体としても液晶分子の配向性が向上して液晶層内の複屈折性が更に向上するため、回折現象の偏光選択性が大きくなる。また、ポリマー層表面に液晶骨格部が固定化されていて非重合性液晶分子との相互作用が強いので、比較的高温まで液晶相を保つことができ、偏光選択性ホログラム素子の使用温度範囲を広げることができる。
Next, an embodiment according to the third aspect of the present invention will be described.
As in the embodiment according to the first aspect of the present invention, the hologram element used in this embodiment is one of a polymerizable monomer or a prepolymer in a composition containing non-polymerizable liquid crystal molecules as shown in FIG. A polymerizable liquid crystal monomer is mixed as a part, and is enclosed between two transparent substrates as shown in the upper cross-sectional view in FIG.
As the polymerizable liquid crystal monomer, a monofunctional liquid crystal acrylate monomer, a liquid crystal methacrylate monomer, a bifunctional liquid crystal diacrylate monomer, a liquid crystal dimethacrylate monomer, or the like is used. These materials may have a methylene chain between the acryloyloxy group which is a functional group and the liquid crystal skeleton. When such a composition is subjected to two-beam interference exposure, the polymer is polymerized while a certain amount of liquid crystalline monomer skeleton is also taken into the polymer. At this time, as in FIG. 3, in the process in which the non-polymerizable liquid crystal molecules are driven out from the bright part to the dark part of the interference fringes, the molecular long axis of the polymerizable liquid crystal monomer is moved by interacting with the polymerizable liquid crystal monomer. It is considered that a force to orient in the direction works.
In this manner, the polymerizable liquid crystal monomer is fixed in the polymer in a relatively aligned state as shown in the cross-sectional view of the middle stage in FIG. 10 and the top view shown in the lower stage. In particular, the interface between the polymer layer and the non-polymerizable liquid crystal is considered to be fixed in a state in which the liquid crystal skeleton major axis is aligned in a direction substantially perpendicular to the surface of the polymer layer. Accordingly, the orientation of the liquid crystal molecules is improved as a whole non-polymerizable liquid crystal layer, and the birefringence in the liquid crystal layer is further improved, so that the polarization selectivity of the diffraction phenomenon is increased. In addition, the liquid crystal skeleton is immobilized on the surface of the polymer layer and the interaction with non-polymerizable liquid crystal molecules is strong, so that the liquid crystal phase can be maintained up to a relatively high temperature, and the operating temperature range of the polarization selective hologram element can be increased. Can be spread.

以上の重合性液晶を混合したホログラム記録材料に干渉露光して作成したホログラム素子を光ヘッドに適用する場合も、請求項1記載の発明に係る実施例と同様に、光源からホログラム素子に入射する光の偏光方向は光記録媒体のトラック方向と平行にすることにより、ホログラム素子は液晶部全体の常光屈折率noとポリマー部の屈折率npの差を感じないため回折せず、ほとんど透過するのでホログラム素子における光のロスが起こらない。   When a hologram element produced by interference exposure on the hologram recording material mixed with the above polymerizable liquid crystal is applied to an optical head, the light is incident on the hologram element from the light source in the same manner as in the embodiment according to the first aspect of the invention. By making the polarization direction of the light parallel to the track direction of the optical recording medium, the hologram element does not feel the difference between the ordinary light refractive index no of the entire liquid crystal part and the refractive index np of the polymer part, so it hardly diffracts and transmits. There is no loss of light in the hologram element.

また請求項2記載の発明に係る実施例の場合と同様に、光記録媒体で反射した戻り光がホログラム素子に入射するときの偏光方向を、フォーカス検出のための回折光の光軸のホログラム面に射影した方向と略平行にすることにより、液晶部全体の異常光屈折率neとポリマー部の屈折差を生じて強く回折する。液晶分子を含む記録材料の膜厚を最適化することにより、片方の+1次回折効率を80%以上の高効率で回折させることができる。   As in the case of the embodiment according to the second aspect of the invention, the polarization direction when the return light reflected by the optical recording medium is incident on the hologram element is expressed by the hologram surface on the optical axis of the diffracted light for focus detection. By making it substantially parallel to the direction projected onto the liquid crystal, the extraordinary light refractive index ne of the entire liquid crystal part and the refractive difference of the polymer part are generated, and the diffraction is strongly diffracted. By optimizing the film thickness of the recording material containing liquid crystal molecules, the + 1st order diffraction efficiency of one side can be diffracted with a high efficiency of 80% or more.

次に請求項4記載の発明に係る実施例について説明する。
本実施例は、図5,6,8において説明したように、液晶分子を含む記録材料に干渉露光で作成したホログラム素子100を光ヘッドに適用したときの構成を対象として、光源である半導体レーザ8(LD)の活性層接合方向は光記録媒体のトラック方向(トラック溝方向)と直交させることを特徴としている。
Next, an embodiment according to the fourth aspect of the present invention will be described.
In this embodiment, as described with reference to FIGS. 5, 6, and 8, a semiconductor laser as a light source is intended for a configuration in which a hologram element 100 created by interference exposure on a recording material containing liquid crystal molecules is applied to an optical head. The active layer bonding direction of 8 (LD) is characterized by being orthogonal to the track direction (track groove direction) of the optical recording medium.

これは、LD出射光束の活性層接合方向の放射角が接合と垂直な方向の放射角より狭い放射特性を持っている。半導体レーザ8(LD)の活性層接合方向をトラック方向とは垂直に設定し、出射光束をコリメートレンズで平行光にして対物レンズ12で光記録媒体に集光すると、集光スポットはトラック方向に小さく、トラックと垂直方向に大きい楕円形状のスポットとなる。   This has a radiation characteristic in which the radiation angle of the LD emitted light beam in the active layer joining direction is narrower than the radiation angle in the direction perpendicular to the joining. When the active layer bonding direction of the semiconductor laser 8 (LD) is set to be perpendicular to the track direction, and the emitted light beam is converted into parallel light by the collimator lens and condensed on the optical recording medium by the objective lens 12, the focused spot is in the track direction. It becomes a small and elliptical spot that is large in the direction perpendicular to the track.

近年の高密度光ディスクでは微細な記録マークの記録、再生分解能を上げて、再生信号のジッタを低減することが要求される。このために光記録媒体面ではトラック方向の集光スポット径が小さいことが必要であり、このことからLDの活性層接合方向はトラック方向とは垂直に設定することが望ましい。   In recent high-density optical discs, it is required to increase the recording and reproducing resolution of fine recording marks and reduce the jitter of the reproduced signal. For this reason, it is necessary that the focused spot diameter in the track direction is small on the surface of the optical recording medium. Therefore, it is desirable to set the active layer bonding direction of the LD perpendicular to the track direction.

以上のことから半導体レーザ8(LD)の活性層接合方向を光記録媒体13のトラック方向とは垂直な方向に設定すると、半導体レーザ8(LD)からの出射光の偏光方向は活性層接合方向と水平になるので、偏光方向はやはりトラック方向と垂直になる。このままの状態では請求項1記載の発明に係る実施例で説明した液晶分子を含む記録材料に干渉露光で作成したホログラム素子に入射する光の偏光方向を図5において説明したように、トラック方向と平行にすることはできないという不具合がある。   From the above, when the active layer bonding direction of the semiconductor laser 8 (LD) is set to a direction perpendicular to the track direction of the optical recording medium 13, the polarization direction of the emitted light from the semiconductor laser 8 (LD) is the active layer bonding direction. Therefore, the polarization direction is also perpendicular to the track direction. In this state, the polarization direction of light incident on the hologram element produced by interference exposure on the recording material containing the liquid crystal molecules described in the embodiment according to the first aspect of the invention is the track direction as described in FIG. There is a defect that they cannot be parallel.

そこで本実施例においては、前記不具合を解消するために、図11に示すように半導体レーザ8(LD)は、活性層の接合方向を光記録媒体のトラック方向とは垂直にして、半導体レーザ8(LD)とホログラム素子100との間に1/2波長板110を配置して半導体レーザ8(LD)出射光の偏光方向が図11の紙面方向のものを1/2波長板110により、偏光方向を変換して光記録媒体トラック方向と平行にしてから液晶分子を含む記録材料に干渉露光で作成したホログラム素子に入射させるようにする。
この方法により高密度光ディスクの記録再生で望ましいスポット形状と液晶分子を含む記録材料に干渉露光で作成したホログラム素子における往路の非回折、全透過特性の両立が可能となる。
Therefore, in the present embodiment, in order to eliminate the above-described problem, the semiconductor laser 8 (LD) is configured so that the bonding direction of the active layer is perpendicular to the track direction of the optical recording medium as shown in FIG. A half-wave plate 110 is disposed between the (LD) and the hologram element 100, and the semiconductor laser 8 (LD) emitted light is polarized by the half-wave plate 110 when the direction of polarization of the light emitted from the semiconductor laser 8 (LD) is in the paper plane of FIG. The direction is changed to be parallel to the track direction of the optical recording medium, and then incident on a hologram element formed by interference exposure on a recording material containing liquid crystal molecules.
This method makes it possible to achieve both the desired spot shape for recording and reproduction of a high-density optical disc and the forward non-diffracting and total transmission characteristics in a hologram element produced by interference exposure on a recording material containing liquid crystal molecules.

次に請求項5記載の発明に係る実施例について説明する。
図12には、図11に示した構成の一部変形例が示されている。
ここでは光源である半導体レーザ8(LD)と液晶分子を含む記録材料に干渉露光で作成したホログラム素子100の間に配置する1/2波長板110をホログラム素子100と一体化した構成としている。
Next, an embodiment according to the fifth aspect of the present invention will be described.
FIG. 12 shows a partial modification of the configuration shown in FIG.
Here, a semiconductor laser 8 (LD) as a light source and a recording material containing liquid crystal molecules and a half-wave plate 110 arranged between the hologram element 100 created by interference exposure are integrated with the hologram element 100.

一体化の方法としては、水晶などの無機波長板をホログラム素子の光源側透明基板に貼付ける方法、あるいはホログラム素子の光源側の透明基板自体を無機1/2波長板110で兼用させる方法、さらに別の方法としては有機延伸膜を用いた1/2波長板110をホログラム素子100の光源側透明基板に貼付ける方法、また、光源側透明基板上にTaのような無機物質を基板に対して斜め蒸着して成膜した1/2波長板110で実現できる。 As an integration method, a method of attaching an inorganic wavelength plate such as quartz to a light source side transparent substrate of a hologram element, or a method of using the transparent substrate on the light source side of the hologram element itself as an inorganic half-wave plate 110, As another method, a half-wave plate 110 using an organic stretched film is attached to the light source side transparent substrate of the hologram element 100, or an inorganic substance such as Ta 2 O 5 is formed on the light source side transparent substrate. This can be realized by the half-wave plate 110 formed by oblique vapor deposition.

次に請求項6記載の発明に係る実施例について説明する。
図5,6,8,11,12に示した構成の光ヘッド装置において、図13に示すように、光源である8(LD)、光検出器9および液晶分子を含む記録材料に干渉露光で作成したホログラム素子100を1つのユニット内に一体化して構成することにより、光ヘッド装置の組立てをおこなう際に光源8、光検出器9、検出光学系が一体化されているので組立て時間が短縮され、調整も簡単になる。この一体化の構成には符号110で示すように、図11,図12に示した1/2波長板の一体化も含まれる。
Next, an embodiment according to the sixth aspect of the present invention will be described.
In the optical head device having the configuration shown in FIGS. 5, 6, 8, 11 and 12, as shown in FIG. 13, the recording material including the light source 8 (LD), the photodetector 9, and liquid crystal molecules is subjected to interference exposure. By constructing the created hologram element 100 in one unit, the assembly time is reduced because the light source 8, the photodetector 9, and the detection optical system are integrated when the optical head device is assembled. And the adjustment becomes easy. This integrated configuration includes integration of the half-wave plates shown in FIGS. 11 and 12 as indicated by reference numeral 110.

請求項1記載の発明に係る実施例に用いられるホログラム素子の構成を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the structure of the hologram element used for the Example which concerns on invention of Claim 1. 図1に示したホログラム素子を対象とした二光束干渉露光実行時での相分離によるホログラム形成過程を示す図である。It is a figure which shows the hologram formation process by the phase separation at the time of two-beam interference exposure execution for the hologram element shown in FIG. 図2に示した形成工程での干渉縞中の明部と暗部とでの状態を示す図である。It is a figure which shows the state in the bright part and dark part in the interference fringe in the formation process shown in FIG. ホログラム形成工程の最終工程での液晶部内の配向状態を示す図である。It is a figure which shows the orientation state in the liquid-crystal part in the last process of a hologram formation process. 図2乃至図4に示した液晶部を含むホログラム素子を光ヘッドに設けた場合を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a case where a hologram element including the liquid crystal unit illustrated in FIGS. 2 to 4 is provided in an optical head. 図6に示した光ヘッドを備えた光ヘッド装置の全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the optical head apparatus provided with the optical head shown in FIG. 請求項2記載の発明に係る実施例として、図2乃至図4に示した液晶部を含むホログラム素子を用いた場合のフォーカス制御状態を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a focus control state when a hologram element including the liquid crystal unit shown in FIGS. 2 to 4 is used as an embodiment according to the second aspect of the invention. 図7に示したフォーカス制御に関する変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification regarding the focus control shown in FIG. 図8に示したフォーカス制御の変形例に用いられるホログラム素子と光検知器とのレイアウト図である。FIG. 9 is a layout diagram of hologram elements and photodetectors used in a modification of focus control shown in FIG. 8. 請求項3記載の発明に係る実施例に用いられるホログラム素子の構成および二光束干渉露光時での相分離による液晶部での状態変化を示す図である。It is a figure which shows the state change in the liquid-crystal part by the structure of the hologram element used for the Example which concerns on invention of Claim 3, and phase separation at the time of two-beam interference exposure. 請求項4記載の発明に係る実施例による光ヘッド装置の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the optical head apparatus by the Example based on invention of Claim 4. 請求項5記載の発明に係る実施例による光ヘッド装置の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the optical head apparatus by the Example based on invention of Claim 5. FIG. 請求項6記載の発明に係る実施例による光ヘッドの構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the optical head by the Example which concerns on invention of Claim 6. FIG. 図7に示した請求項2記載の発明に係る実施例による回折効率を説明するための線図である。It is a diagram for demonstrating the diffraction efficiency by the Example which concerns on invention of Claim 2 shown in FIG. 光ヘッド装置の従来構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the conventional structure of an optical head apparatus. 図15に示した光ヘッド装置に用いられ偏光回折素子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the polarization | polarized-light diffraction element used for the optical head apparatus shown in FIG. 偏光性回折格子の入射角に対する+1次回折光(片側の回折光)の回折効率特性を説明するための線図である。It is a diagram for explaining the diffraction efficiency characteristics of the + 1st order diffracted light (one side diffracted light) with respect to the incident angle of the polarizing diffraction grating.

符号の説明Explanation of symbols

8 半導体レーザ
9 光検出器
10 コリメートレンズ
12 対物レンズ
13 記録材料
100 偏光選択性ホログラム素子
101,101’ 透明基板
102 非重合性液晶
103 重合性モノマー
110 1/2波長板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 8 Semiconductor laser 9 Photodetector 10 Collimating lens 12 Objective lens 13 Recording material 100 Polarization selective hologram element 101,101 'Transparent substrate 102 Nonpolymerizable liquid crystal 103 Polymerizable monomer 110 1/2 wavelength plate

Claims (6)

光源からの光を記録媒体に集光し、記録媒体からの反射光を検出して情報を記録または再生、あるいは記録再生する光ヘッドを備えた光ヘッド装置において、
上記光ヘッドに用いるホログラム素子として、少なくとも、誘電異方性を有する非重合性液晶と、重合性モノマーあるいはプレポリマーと、光重合開始剤とからなる組成物を一対の透明基板間に保持し、
前記組成物を二光束干渉露光することにより、主にポリマーから成る層と主に非重合性液晶から成る層との周期的な相分離構造を形成したポリマー分散液晶型の偏光選択性ホログラム素子を用いて、光源から該ホログラム素子に入射する光の偏光方向(電界の振動方向)を記録媒体トラック方向と略平行に設定したことを特徴とする光ヘッド装置。
In an optical head device comprising an optical head that focuses light from a light source on a recording medium and detects reflected light from the recording medium to record or reproduce information, or record and reproduce information.
As a hologram element used for the optical head, at least a composition comprising a non-polymerizable liquid crystal having dielectric anisotropy, a polymerizable monomer or prepolymer, and a photopolymerization initiator is held between a pair of transparent substrates,
By subjecting the composition to two-beam interference exposure, a polymer-dispersed liquid crystal type polarization selective hologram element in which a periodic phase separation structure of a layer mainly composed of a polymer and a layer mainly composed of a non-polymerizable liquid crystal is formed. And an optical head device characterized in that a polarization direction of light incident on the hologram element from a light source (electric field vibration direction) is set substantially parallel to a recording medium track direction.
請求項1記載の光ヘッド装置において、
記録媒体で反射して前記ホログラム素子に入射する戻り光の偏光方向(電界の振動方向)として、ホログラムで回折されたフォーカス検出のための回折光の光軸をホログラム面に射影した方向と略平行に設定したことを特徴とする光ヘッド装置。
The optical head device according to claim 1,
As the polarization direction of the return light reflected by the recording medium and incident on the hologram element (vibration direction of the electric field), it is substantially parallel to the direction in which the optical axis of the diffracted light for focus detection diffracted by the hologram is projected onto the hologram surface. An optical head device, characterized in that
請求項1または2記載の光ヘッド装置において、
前記ホログラム素子は、ホログラムを構成する前記組成物中に更に重合性液晶モノマーを含み、二光束干渉露光後の主にポリマーから成る層の中に液晶骨格部を含有した偏光選択性ホログラム素子を用いていることを特徴とする光ヘッド装置。
The optical head device according to claim 1 or 2,
The hologram element uses a polarization-selective hologram element that further contains a polymerizable liquid crystal monomer in the composition constituting the hologram and contains a liquid crystal skeleton in a layer mainly composed of a polymer after two-beam interference exposure. An optical head device.
請求項1乃至3のうちの一つに記載の光ヘッド装置において、
前記ホログラム素子としてポリマー分散液晶型の偏光選択性ホログラム素子を用いるとともに、光源として半導体レーザを用い、該半導体レーザの接合方向(活性層の接合方向)を記録媒体のトラック方向と垂直方向に設定し、光源とホログラム素子の間に1/2波長板を設置したことを特徴とする光ヘッド装置。
The optical head device according to any one of claims 1 to 3,
A polymer-dispersed liquid crystal polarization selective hologram element is used as the hologram element, a semiconductor laser is used as a light source, and the bonding direction of the semiconductor laser (the bonding direction of the active layer) is set to be perpendicular to the track direction of the recording medium. An optical head device comprising a half-wave plate disposed between the light source and the hologram element.
請求項4記載の光ヘッドにおいて、
前記1/2波長板はホログラム素子と一体化していることを特徴とする光ヘッド装置。
The optical head according to claim 4, wherein
The optical head device, wherein the half-wave plate is integrated with a hologram element.
請求項1乃至5のうちの一つに記載の光ヘッド装置において、
前記光源と光検出器とホログラム素子とが一体化していることを特徴とする光ヘッド装置。
The optical head device according to any one of claims 1 to 5,
An optical head device, wherein the light source, the photodetector, and the hologram element are integrated.
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